第 29 卷 第 4 期
核电子学与探测技术
Vo l. 29 No. 4 2009 年 7 月
Nuclear Electronics & Detection Technology
J ul.
2009
陈向跃 ，孙蓓云 ，刘顺坤 ，孙东阳
(西北核技术研究所 ，陕西 西安 710024)
摘要 ：水平极化 EMP 模拟器是开展大型系统电磁脉冲效应试验的典型装置 ，参考场是效应试验中 最重要的测量参数 。分析了地面和受试对象对辐射波电场环境的影响 ，对水平极化 EMP 模拟器参 考场 位置的选取给出建议 。
关键词 : EMP 模拟器 ；参考场 ；受试对象 中图分类号 : O44
文献标识码 : A
文章编号 : 025820934 (2009) 0420883204
上世纪 60 年代美苏几次高空核爆试验让 人们认识到了核电磁脉冲的危害 ，随着各种系 统电子化 、自动化 、集成化的发展趋势 ，系统在 复杂电磁脉冲环境 ，特别是强电磁脉冲环境下 的生存能力越来越受到关注 ，也推动了电磁脉 冲效应研究工作的进一步发展 。
场环境辐射法中 ，水平极化 EMP 模拟器 是开展大型系统电磁脉冲效应试验的典型装 置[ 1 ] 。有效试验区域内未放置受试对象时电场 环境称为辐射场 ，包括地面反射场的影响 。受 试对象放置试验区域后 ，对周边电场环境产生 影响 ，规定无受试对象时试验区域内的辐射场 为该试验状态的电场环境 。如何确定放置受试 对象时电场环境需要引入参考场 ，环境场辐射 法中参考场定义为用于监测模拟器工作状态的 测量场[ 2 ] 。 在辐射波模拟器运行中 ，参考场是最重要 的测量参数 ，作用主要体现为 ：参考场与辐射场
的关系
(场分布测量) 。在没有受试对象时 ，相 对于参考场不同试验区域的辐射场测量 ，给出
收稿日期 :2009203231
作者简介 ：陈向跃 (1979 - ) ，男 ，浙江东阳人 ，西北核 技术研究所助理研究员 ，主要从事电磁脉冲效应试 验技术研究 。
整个试验区域的辐射场与参考场的关系 。在受 试对象效应试验中 ，参考场位置保持不变 ，监测 模拟器工作状态 ，根据辐射场与参考场的已知 关系得出效应试验区域的电场环境 。同时参考 场为效应参数比对和外推提供换算关系 。 水平极化 EMP 模拟器电场主要分量为水 平极化电场 ，忽略垂直极化电场[ 3 ] 。辐射波电 场环境受地面和受试对象的影响 ，参考场传感 器位置要求准确反应模拟器工作状态 ，减少地 面影响并且避免受试对象干扰 ，本文从地面和 受试对象的反射 、受试对象二次辐射两方面讨 论参考场位置的选取。
1 地面和受试对象反射的影响
针对地面附近电磁脉冲环境有过深入的研 究[ 4 ] ，这里根据水平极化辐射波 EMP 模拟器 电场环境的特点 ，假设地面和受试对象为光滑 理想导体 ，分析了地面和受试对象对电场时域 波形中幅度 、前沿 、半宽参数的影响 。 辐射波模拟器 P 点电场波形是天线入射 场和地面反射场的叠加 ，如图 1 所示 。
P 点电 场环境只考虑水平极化电场 ，根据地面附近电 磁脉冲环境研究结果 ，水平极化电场经地面反 射后反相 , 与入射场叠加后影响 P 点电场波 形 。
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c 1
1 3 ( 出 ，式中 c 为空气中光速 。
t =
r 1 + r 2 - R
c
卢发兴(1)
图 1 地面对测点电场环境的影响
引入一个清晰时间 t c 的概念[ 5 ] , 假设电场 从源点 O 直接到测点 P 需要时间为 t d , 经过地 面反射需要时间为 t f , 则 t c = t f - t d , EM P 源输 出的上升前沿为 t r 。
图 1 中测点 P 位置 ，清晰时间 t c 由式 (1) 给
取前沿 t r 为 3 ns 、脉宽 t w 为 23ns 的双指数
波为入射波电场 ，忽略入射场和反射场的辐射 衰减 ，图 2 分别给出了两个清晰时间 t c 时测点 电场波形的变化 。图 2 ( a ) 中曲线 a 为入射场 波形 ，曲线 b 为地面反射场波形 ，曲线 c 为测点 P 叠加后波形 ，图中 a 与 b 的时间间隔 t c > t r ; 图 2 ( b ) 中曲线 d 为入射场波形 ，曲线 e 为地面 反射场波形 ，曲线 f 为测点 P 叠加后波形 ，图中 d 与 e 的时间间隔 t c < t r 。
在 t c > t r
时测点 P 直接入射场到达峰值后
才受到地面反射场影响
, 测点电场峰值达到最 大 , 波形后沿受到影响 ; 在 t
c < t r 时 ，测点 P 入 射场幅度未达到峰值就受到地面反射场影响 , 测点电场的幅值未达到最大 ，同时影响电场波 形的半宽 。 参考场位置选取时 ，必须考虑满足 t c > t w 的条件 , 才能对电场环境的幅度和前沿进行准 确测量 , 反映模拟器正常的工作状态 , 同时 t c 越 大 , 对电场波形半宽的影响就越小 。在图 1 中 , 源点高度 h 1 , 测点位置选定后测点高度 h 2 、源
幅度 ，清晰时间大于入射场半宽 。水平极化辐
射波模拟器一般架高 20m 左右 ，此时源点测点 水平距离 10m , 参考场测点高 4m 时 , t c ≈ 23. 8ns ，满足参考场测量要求。
受试对象为通讯车辆 、阵地雷达 、导弹发射 系统等大型设备时 ，地面的反射环境受到改变 , 为避免受试对象的影响 ，参考场位置不仅要保 证入射场不被受试对象阻挡 ，而且清晰时间要 求满足 t c > t w 。根据图 3 , 模拟器架高 h 1 , 受试 系统高 h 3 、长 l 2 , 水平距离源点 l 1 , 此时要求源 点测点水平距离 l 、测点高度 h 2 满足 :
点测点水平距离 l 就确定 ，式 (1) 可表示为 :
l >
h 1
·( l + l 2 )
(3)
t c =
c
> t w
(2)
h 2 Φ h 1 - h 3
h 1 - h 3 ·l - h + 2 h
4)
l 1 + l 2
在模拟器架设高度固定 ( h 1 为常数) 时 , 根 据式 (2) , t c 与测点高度 h 2 和源点测点水平距离
l 有关 。在范围 h 2 < h 1 内 , 测点高度越高 , 源点 测点距离越近 , t c 越长 ，测点电场受地面反射影 响越小 ，越能准确反映模拟器运行状态 。上述 入射场条件下 ，规定参考场要求准确测量前沿、
卓玛拉初
图 3 放置受试对象后测点环境
l 满足式
(3) ，测点 P 入射场保证不被受试
(a )
( b )
图 2 地面对测点电场波形影响
l
2
+ ( h 1 + h 2 ) 2
-
l
2
+ ( h 1 - h 2 ) 2
对象阻挡 ; h 2 满足式 ( 4) , 避免受试对象反射场 的影响 。根据式 ( 2) , h 2 取最大值 ，同时要求满 足清晰时间条件。
瑞利数2 受试对象二次辐射的影响
在水平极化辐射波 EMP 模拟器效应试验 中 ，长线缆是重要受试对象之一[ 6 ,7 ] 。线缆在 电场环皮感应电流 ，根据电磁理论变化的 电流必将辐射电场 ，这里称为二次辐射电场 ，如 图 4 所示 。在自由空间中 ，线缆附近测点的电 场环境为入射场与二次辐射电场叠加。
杯芳烃假设试验区域沿水平极化电场方向放置一 根长 3m 架空线缆 ，两端悬空 ，不考虑地面反射 影响 。辐射波模拟器工作时 ，线缆耦合天线辐 射场在外皮感应电流 。线缆外皮感应的电流同 时向外辐射电场 , P 点电场波形为天线辐射场 和线缆二次辐射电场叠加。
图 6 垂直距离线缆中点 1m 处电场
图 4 架空线缆二次辐射的影响
取前沿为 3ns 、脉宽为 23ns 的双指数波为 入射波电场 ，利用 FD TD 计算了线缆外皮感应 电流和垂直距离线缆中间不同位置的二次辐射
电场环境 (水平极化方向) 。图 5 给出了入射场
和线缆中点感应的电流波形 ，图 6 给出了垂直 距离线缆中点 1m 处的二次辐射场和总场 ，图 7 给出了垂直距离线缆中点随距离变化的曲线 。
图 5 入射场和线缆中点感应电流
图 7 垂直距离线缆中点 不同位置二次辐射场
根据计算结果 , 3m 架空线缆中点感应电
流 40A 左右时 ，垂直距离缆线中点 1m 处水平 二次辐射场达 2kV/ m ，随着距离的增大二次辐 射场减小 。参考场位置选取时 ，要求不受到二 次辐射场的影响 ，根据不同的试验状态与受试 对象保持一
定的距离 。规定二次辐射场峰值小 于入射场峰值 5 %时 ，可忽略其影响 。上面试 验中 ，参考场位置垂直距离线缆超过 5m ，此时 参考场满足测量要求。
3 结论
参考场测量结果要求准确反映模拟器工作
状态 ，其位置选取要充分考虑地面和受试对象 反射的影响 、受试对象二次辐射的影响 ：在有效 试验区域内 ，考虑地面和受试对象反射影响时 , 参考场位置越高越好 ，水平距离源点越近越好 , 满足清晰时间 t c > t w 条件 ; 考虑受试对象二次 辐射时 ，参考场位置处二次辐射电场要求远小
于模拟器天线辐射场 ，距离受试对象越远二次 辐射电场就越小 。 固定的水平极化 EMP 模拟器中 , 根据最 大尺寸的可能受试对象选定参考场位置 ，满足
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上述条件。开展各种电磁脉冲效应试验时，参考场位置保持不变。有效试验区域内，受试对象根据不同试验状态改变位置时，要避免对参考场产生影响。
参考文献:
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Selection of Position for Reference Field
of Horizontally Polarized EMP Simulator
脉冲变压器CH EN Xiang2yue ,SUN Bei2yun ,L IU Shun2kun ,S UN Dong2yang
(North west Instit ute of Nuclear Technology ,Xi’an of Shanxi Prov. 710024 ,Chian)
Abstract : Horizontally polarized EMP simulator is a typical facility to progress researching EMP effect of complex system. The reference field is t he most important parameter. The effect of t he electromagnetic environment caused by ground and equipment under test ( EU T) is researched. Some suggestions about selection of position for reference field of horizontally polarized EMP s imulators are put forward.
K ey word s :EMP simulator , reference field , EU T
(上接第852 页,Continued f rom page 852)
Abstract :The computational methods of X2ray fluence in compound ,including theoretical equation with mass attenuation coefficient and Monto carlo code ,were reviewed. The t ransmission rates and t ransmis2 sion spectrum of X2ray t hrough several compounds were caculated using theoretical equation 、MC N P4C and EGSnrc respectively. According to t he process and t he result s ,combined with relative references ,t he difference between t heoretical equation and Monto carlo code ,and between MCNP4C and EGSnrc were analysed.
K ey word s :X2ray , Monto carlo code , MCNP4C , EGSnrc , t ransmission rates , t ransmission spectrum 886
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